坡折带是地貌学术语，被应用于油气勘探领域，最早出现在被动大陆边缘“陆架坡折”层序地层学研究中^[1]。坡折带按成因机制分为构造坡折带、沉积坡折带和侵蚀坡折带。其中构造坡折带为同沉积构造长期活动引起的斜坡突变地带^[2]，依据成因将其分为断裂、挠曲坡折带两类^[3]。构造坡折带研究常针对断陷盆地^{[1, 4-7]}，用以厘清构造坡折带与沉积相、砂体储层之间的内在联系，预测岩性油气圈闭。近年来，借鉴断陷盆地坡折带研究方法，研究人员开展了前陆盆地靠近造山带一侧前渊斜坡构造坡折带的研究工作^[8]。

四川盆地晚三叠世须家河组四、五段沉积时期为前陆盆地^[9]，泸州古隆起西侧川中—川西地区发育斜坡，斜坡整体坡度较缓^[10]。该斜坡坡折带控制沉积相和砂体展布的研究业已开展^[11]，但针对坡折带相关构造组合样式和油气成藏模式研究较少。本文通过对四川盆地地震反射剖面地质解释，结合区域地质研究成果，采用颗粒流数值模拟方法，研究了坡折带类型，探讨了坡折带与重力滑动构造之间的关系，剖析了与重力滑动构造相关的油气藏类型，以期为川中—川西地区须家河组油气勘探提供参考。

1.   地质背景

晚三叠世须家河组四、五段沉积时期，扬子、华北以及羌塘地块汇聚形成龙门山前陆冲断带^[12]，四川盆地须家河组呈西厚东薄楔形发育(图 1)。泸州—开江古隆起附近雷口坡组剥蚀严重，下伏嘉陵江组也部分遭受剥蚀；嘉陵江组、雷口坡组与须家河组呈角度不整合接触，向龙门山冲断带方向逐渐转变为平行不整合—整合接触^[14]。侏罗纪受龙门山与米仓山持续冲断影响，川西北侏罗系与须家河组呈角度不整合接触，川中则过渡为平行不整合—整合接触^[14]。须家河组二、四、六段以粗碎屑岩为主，包括砂岩、砾岩夹薄层粉砂岩、泥页岩；一、三、五、七段则以细粒沉积为主，包括粉砂岩、泥页岩夹煤层和薄层砂岩。须家河组沉积常被划分为4个三级层序：层序Ⅰ对应须一段，层序Ⅱ包含须二、三段，层序Ⅲ包含须四、五段，层序Ⅳ包含须六、七段^[13]。

图  1  四川盆地泸州古隆起西侧研究区位置

研究区内彩图为须家河组时间厚度图，区域构造图修改自参考文献[13]。

Figure  1.  Study area location on western side of Luzhou Palaeouplift in Sichuan Basin

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须家河组是四川盆地致密砂岩气的主要产层，须家河组二、四、六段为主要储集层，一、三、五段为主要烃源层^[15-22]。须家河组致密气以寻找岩性油气藏为主^[23]，同时也关注构造因素的影响，如龙门山前中坝地区印支期以来的继承性古隆起、米仓山隆起和龙门山推覆叠加影响的文兴场地区、侏罗纪以来继承性低幅隆起构造^[24]。这些构造隆起区都有很好的油气显示，但对须家河组同沉积构造的研究较少，相关的油气圈闭特征更鲜有报道。

2.   坡折带地震解释

地震剖面显示，须家河组坡折带见逆断层，断距较小；断层顶部两侧同相轴存在差异，且NW盘须四、五段较厚，可能暗示断层正反转(图 2)。坡折带西侧的陡坡带，须家河组底部发育正断层，呈多米诺骨牌式；须四、五段内见小型断陷；下侏罗统底部附近出现由正断层上升盘抬升形成的小型同沉积背斜(图 2和图 3a)。坡折带东侧的缓坡带，中二叠统顶部塑性层褶皱变形，褶皱SE向延伸约30 km；褶皱变形向东逐渐消失，取而代之的是须家河组底部小型正断层(图 3b)。缓坡带东部存在正断层活动形成的同沉积背斜，从地层厚度变化来看，翼部须四、五段厚度大，核部厚度小，背斜形成于须四、五段沉积时期；背斜与小型断陷相邻，断陷内须四、五段地层厚度增大(图 3c)。同沉积背斜东侧边界断层规模稍小，活动时期与西侧相同(图 3d)。这些小型正断层、断陷、褶皱以及同沉积背斜有何关联性，发育机理如何需进一步探究。

图  2  四川盆地须家河组坡折带地震剖面(a)及地质解释(b)

剖面位置见图 1。

Figure  2.  Seismic profile (a) and geological interpretation (b) of slope break zone of Xujiahe Formation, Sichuan Basin

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图  3  四川盆地须家河组坡折带局部构造地震剖面

剖面位置见图 2b。

Figure  3.  Seismic profile of local structure of slope break zone of Xujiahe Formation, Sichuan Basin

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3.   坡折带数值模拟

3.1   实验模型

须家河组四、五段沉积时期受安县运动影响，构造变形强烈，发育“须上盆”^[25]。须家河组沉积体呈楔形，表明沉积坡度存在，加之须家河组下伏中三叠统膏盐岩塑性层，为重力滑动提供了物质基础。颗粒流被广泛应用于重力驱动下介质变形研究^[26]，因此我们采用颗粒流PFC2D 5.0数值模拟技术，来分析研究区重力滑动构造发育情况，并与地震解释结果相对照。

依据地震剖面设计数值砂箱实验模型，模型长度为150 cm，高度50 cm。为控制计算量，中三叠统和下三叠统飞仙关组四段部分岩层总厚度相对较大，设置为8 cm，上覆须一至须五段相对较薄，内部分层按照钻井地层厚度依比例设置，在DT1井附近须家河组相对较厚设置为6 cm，MX13井附近相对较薄设置为2.5 cm(图 3)。各目标层均是由半径为0.09~0.11 cm的圆形颗粒组成，总颗粒数为3 058个。模型上部为自由边界，底部和左边固定，并对模型颗粒施加恒定重力加速度9.8 m/s²。

数值砂箱模型中的材料参数根据同步进行的物理砂箱实验设定，上部须家河组采用石英砂相应的物理参数；中三叠统滑脱层摩擦力与剪切力均为0；挡板设置为内聚力1.0×10⁹ Pa、密度2.8 g/cm³，刚度为砂层的数十倍，基底摩擦系数为0.2(表 1)。

表  1  四川盆地须家河组坡折带数值模拟材料参数

Table  1.  Material parameters for numerical simulation of slope break zone in Xujiahe Formation, Sichuan Basin

实验材料	密度/(g/cm3)	颗粒半径/mm	法向刚度/(N/m)	切向刚度/(N/m)	摩擦系数	初始孔隙度/%	颗粒总数
石英砂颗粒	2.6	0.09~0.11	3×107	3×107	0.277	12.4	3 058
挡板	2.8		7.7×108	7.7×108	0.2

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3.2   实验结果

在须家河组四、五段沉积时期沉积坡度均较小，陡坡带小于7°，缓坡带约1°，此时并未见明显的断裂和褶皱(图 4a)；随着安县运动的持续发育，加之须家河组楔形地层对下伏塑性岩层差异重力作用，重力滑动构造开始产生，在陡坡带形成小型断陷，缓坡带伸展区须四、五段形成断陷与背斜，坡折带附近雷口坡组顶部发育褶皱(图 4b)；持续的重力作用，陡坡带拉张应力持续作用，断陷作用加强，缓坡带断陷构造作用也有加强趋势，背斜两侧小型断层已见端倪(图 4c)。

图  4  颗粒流数值模拟四川盆地须家河组坡折带重力滑动构造演化

Figure  4.  Particle flow numerical simulation of gravity slip structure evolution of slope break zone of Xujiahe Formation, Sichuan Basin

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模拟结果与地震剖面解释结果相对照，整体上表现出了陡坡带须四、五段断陷，缓坡带中二叠统顶部背斜，以及须四、五段断陷、同沉积背斜的形态特征。但陡坡带与缓坡带须家河组底部一系列的正断层未能体现，可能与断裂规模、模拟尺度有一定关系。

4.   讨论

4.1   坡折带类型与重力滑动构造

剖面中须家河组坡折带发育断层，控制两盘沉积厚度与地震相，为断裂坡折带^[3]。坡折带东侧缓坡带须家河组底部附近挤压区形成雷口坡组褶皱，伸展区发育断陷以及正断层相关的同沉积背斜(图 2和图 5)，类似于尼日利亚三角洲重力滑动所引起的前缘挤压—后缘拉张的构造样式^[27]。坡折带西侧陡坡带须家河组底部附近发育多米诺骨牌式正断层，须四、五段断陷以及同沉积正断层活动形成的早侏罗世背斜，整体为拉张环境(图 2、图 3和图 5)，可能向西至前渊中心会出现挤压构造。以坡折带为界，陡坡带与缓坡带重复出现“前挤后拉”的构造样式(图 5a)，坡折带控制重力滑动构造的分布。

图  5  前陆盆地(a)与被动大陆边缘(b)盐岩层重力滑动构造对比

图b修改自参考文献[28]。

Figure  5.  Comparison of gravity sliding structures in salt layers in foreland basin (a) and passive continental margin (b)

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研究区晚三叠世须家河组四、五段沉积时期，前陆斜坡重力滑动构造与被动大陆边缘斜坡重力滑动构造样式存在一定的差别。如突尼斯北部白垩纪被动大陆边缘发育盐岩重力滑动构造(图 5b)，坡度较为连续，构造表现出靠近陆地拉伸形成多米诺骨牌式构造，向海方向挤压，在挤压前缘形成逆冲断褶带^[28]。而研究区在坡折两侧坡度变化较大处，以正断层作为边界，形成重复的“前挤后拉”构造组合，构造变形强度弱于被动大陆边缘重力滑动构造。

4.2   坡折带对沉积相带的控制

坡折带控制沉积相带与砂体分布。李楠等^[11]认为须家河组坡折带控制砂质碎屑流沉积的分布。研究区断裂坡折附近见到沉积物重力流沉积的低频、变振幅和差连续性反射特征(图 6a)。坡折带也是相带分异处，不同相带砂体特征存在差异。地震剖面显示坡折带断裂上盘上部，地震反射结构为连续的中振幅平行—亚平行反射，表现为沉积水动力相对较弱的三角洲前缘席状砂、河口坝特征；向SE紧邻断裂处，出现中强振幅不连续反射，形态呈U型，表现为河流沉积反射特征；继续向SE，地震相变为中强振幅亚平行连续反射，表现为滨湖亚相特征。因此，坡折带可控制重力流、三角洲前缘和滨湖亚相的发育，进而决定砂体类型(图 6b)。

图  6  四川盆地须家河组断裂坡折带对沉积相控制的地震剖面

剖面位置见图 1。

Figure  6.  Seismic sections of sedimentary facies controlled by fault slope-break zone of Xujiahe Formation, Sichuan Basin

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4.3   坡折带附近重力滑动构造对油气成藏的影响

坡折带附近重力滑动构造对油气成藏存在影响。地震剖面中缓坡带须四段沉积时期同沉积背斜长轴约20 km，宽6 km(图 2和图 3d)。同沉积背斜西侧毗邻断陷，处于相对构造低部位，发育中高频较强连续反射的泥页岩(图 3c)。同沉积背斜核部发育的砂体与裂陷内烃源岩侧接，形成“旁生侧储”型油气藏(图 7)，具备优越的成藏条件^[29]。陡坡带下侏罗统发育相同成因的背斜，长轴约6 km，宽3 km(图 2和图 3a)，可能也具有相似的油气成藏条件。

图  7  四川盆地须家河组缓坡带须家河组四段同沉积背斜成藏模式

Figure  7.  Syndepositional anticlinal reservoir formation model of 4th member of Xujiahe Formation in gentle slope zone of Xujiahe Formation, Sichuan Basin

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此外，须家河组水进期的沉积，如须五段主要为源内成藏^[22]。重力滑动作用在陡坡段形成同沉积背斜，长轴约8 km，宽约3 km，背斜核部砂岩被翼部泥岩以及重力滑动构造结束后上覆泥岩围限，形成泥包砂；泥岩既是烃源层也是盖层，构成源内成藏(图 8)。

图  8  四川盆地须家河组陡坡带须家河组五段同沉积背斜地震剖面(a)与源内成藏模式(b)

剖面位置见图 1。

Figure  8.  Seismic profile (a) and reservoir formation model (b) of syndepositional anticline in 5th member of steep slope zone of Xujiahe Formation, Sichuan Basin

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4.4   坡折带附近源内成藏新类型

源内砂体输导成藏常形成于不连续的烃源岩中，砂岩与泥岩或煤层间互分布时，储集体与烃源岩大面积接触，油气运移距离短，源储配置关系良好(图 8)。须家河组源内砂体输导成藏在特定的沉积背景下形成，如川西孝泉—丰谷地区须五段三角洲前缘亚相水下分流河道和河口坝沉积微相砂体与泥岩嵌套和互层^[30]；川中广安地区湖沼亚相河道微相砂体与沼泽微相煤系地层垂向叠置与侧接^[22]。本次研究发现川中—川西地区新的源内成藏类型，主要受控于重力滑动构造所形成的同沉积背斜，有别于前人沉积相控制的源内成藏模式。用须家河组沉积厚度的变化来限定坡折带位置，将坡折投影在平面图上，发现川中—川西地区坡折带呈NE向展布(图 1)，也就是说陡坡带可能存在相同展布方向的受同沉积背斜控制的须五段气藏，为须家河组水进期油气藏勘探发现的重要目标和类型。

5.   结论

(1) 坡折带对油气地质具有重要意义，对坡折带类型、构造组合样式以及圈闭特征的分析，有助于油气勘探发现。

(2) 研究区发育断裂坡折带，以坡折带为界，东、西两侧各发育一套“前挤后拉”的重力滑动构造组合，变形强度弱于被动大陆边缘重力滑动构造。

(3) 坡折带边缘断裂影响三角洲前缘、滨湖亚相发育，控制重力流沉积与河道砂体分布。

(4) 缓坡带须家河组四段正断层上升盘抬升形成同沉积背斜，其核部发育砂体，与之毗邻的断陷内发育泥岩，两者构成旁生侧储成藏组合模式。

(5) 陡坡带须家河组五段重力滑动形成的同沉积背斜，其核部砂岩被翼部泥岩以及重力滑动构造结束后上覆泥岩围限，形成源内成藏新类型，是须家河组水进期油气藏勘探的重要目标。